Суперпровода (англ. superwire) — (новый, ещё не устоявшийся термин) - проводящие элементы, прочность на разрыв которых превышает 600 МПа, а электропроводность составляет не менее 40-85% электропроводности чистой меди (IACS).

Описание

Медные провода являются наиболее распространенными проводниками электричества вследствие малого удельного электрического сопротивления, равного 0,0172 мкОм*мм2/м (в ряду чистых металлов медь занимает второе место по удельной электропроводности после серебра). Это стало одной из причин того, что в 1913 году Международная Электротехническая Комиссия (IEC) приняла решение считать проводимость электротехнических проводов в долях IACS (IACS - International Annealed Copper Standard, стандартная величина проводимости, равная 58 мегасименс на метр, соответствующая приведенной выше величине сопротивления провода 1/58 МСм = 0,0172 мкОм для медного провода длиной 1 метр с поперечным сечением площадью 1 кв. мм при температуре окружающей среды 20 С).

Однако, являясь лучшим с точки зрения электропроводности материалом, чистая медь не обладает высокими прочностными характеристиками. Так, прочность чистой меди на разрыв составляет всего 220-270 МПа, поэтому в технике больше распространены сплавы меди с оловом или свинцом (бронза) и цинком (латунь). При этом добавление даже небольшой доли легирующей примеси сильно снижает электропроводность сплава - например, проводимость бронзы, содержащей примерно 7% олова, падает до 10-15% IACS при увеличении прочности на разрыв до 400-970 МПа. У латуни удельное сопротивление достигает 0,033-0,043 мкОм*мм2/м (40-52% IACS) при прочности на разрыв 380-880 МПа. Для сравнения, чистый алюминий обладает прочностью на разрыв 160-170 МПа при проводимости 58% IACS, поэтому работы по совершенствованию электротехнических проводников велись преимущественно в направлении внедрения армирующих микро- и наноэлементов в медную матрицу.  В частности, проводились работы по внедрению в медную матрицу микрофиламентов ниобия (Nb) [1, 2],  ванадия (V) [3], железа (Fe), серебра (Ag), хрома (Cr), тантала (Ta), углерода (C) [4]. Полученные проводники получили название "суперпровода". Они, с одной стороны, сохраняют хорошую электропроводность, а с другой - обладают высокой механической прочностью, что делает их перспективными для применения в мощных импульсных магнитах и магнито-импульсных индукторах, контактных проводах для высокоскоростных поездов, в авиационной и космической технике, судостроении, электронике.

Медно-ниобиевые суперпровода, в частности, могут быть сформированы путем последовательной сборки биметаллических составных заготовок с их последующим деформированием, что позволяет внедрять в медную матрицу ленточные ниобиевые волокна толщиной 6-10 нм [1]. В получаемом композиционном проводе сечением 2х3 мм присутствует до 400 млн. таких волокон, обеспечивающих прочность на разрыв до 1200 МПа. Высокая электропроводность на уровне 65-85% IACS обусловлена тем, что расстояние между волокнами ниобия сопоставимо со средней длиной пробега электронов в чистой меди.


Иллюстрации

Разрез и микрофотография структуры суперпровода, созданного в ВНИИНМ им. А. А. Бочвара.

Разрез и микрофотография структуры суперпровода, созданного в ВНИИНМ им. А. А. Бочвара.
Источник: http://www.rusnano.com/Post.aspx/Show/32437

Автор

  • Лурье Сергей Леонидович

Источники

  1. http://www.rusnano.com/Post.aspx/Show/32437
  2. L. Thilly, F. Lecouturier, J. von Stebut, Size-induced enhanced mechanical properties of nanocomposite copper/niobium wires: nanoindentation study // Acta Materialia 50 (2002) 5049–5065
  3. X. Sauvage, C. Genevois, G. Da Costa, V. Pantsyrny, Atomic scale characterization of deformation induced interfacial mixing in a Cu/V nanocomposite wire // Scripta Materialia 61 (2009) 660–663
  4. Evarice Yama Nzoma, Alain Guillet, and Philippe Pareige, Nanostructured Multifilamentary Carbon-Copper Composites: Fabrication, Microstructural Characterization, and Properties // Journal of Nanomaterials v. 2012 doi: 10.1155/2012/360818

Напишите нам